鄭江坤，楊 帆，王文武，郎登瀟，馬 星，廖 峰，陳旭立

耕作措施作為水土保持的3大措施之一，在治理水土流失和發(fā)展農(nóng)業(yè)方面具有重要作用?，F(xiàn)代耕作措施主要包括橫坡耕作、橫坡溝壟耕作、壟作區(qū)田、套犁溝播、等高帶狀間作、水平溝、少耕免耕。國內(nèi)很多學(xué)者對耕作措施的水土保持效益進(jìn)行了大量研究。閆建梅等［1］、陳曉安等［2］和齊智娟等［3］分別對重慶紫色土區(qū)、贛北第四紀(jì)紅壤區(qū)和黑龍江黑土區(qū)進(jìn)行了研究，提出橫坡耕作較順坡耕作產(chǎn)流量分別減少25.9%、62.7%和92%，產(chǎn)沙量分別減少20.5%、82.9%和90%。謝頌華等［4］提出南方紅壤坡地橫坡耕作的累積消流減蝕效應(yīng)優(yōu)于順坡耕作，且套種作物增加果園覆蓋能有效控制防治幼齡果園水土流失。說明除耕作措施外，地表覆蓋和間作、套種和混播等方式也能有效減少產(chǎn)流產(chǎn)沙量。陳偉等［5］通過東北農(nóng)區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，鼠洞+暗管 +壟向區(qū)田相結(jié)合的綜合技術(shù)模式的減流減沙效果最好。李靜苑等［6］提出在川北丘陵區(qū)，耕作措施和植物措施結(jié)合能有效減少該區(qū)的產(chǎn)流產(chǎn)沙量。張翼夫等［7］提出保持30% ～60%的玉米秸稈覆蓋既能有效減少產(chǎn)流產(chǎn)沙量，又不影響機(jī)械播種的質(zhì)量;梁洪儒等［8］提出坡面產(chǎn)流時(shí)間和總產(chǎn)流量隨礫石覆蓋度的增加分別延遲和線性減小，土壤侵蝕量則隨礫石覆蓋度的增加呈指數(shù)減少趨勢。李建華等［9］比較了花生和各種草本植物間作對沂蒙山坡耕地的產(chǎn)流產(chǎn)沙的作用;魏霞等［10］提出了玉米莖稈汁液可作為土壤改良劑用于土壤侵蝕防治。坡面土壤侵蝕量和徑流強(qiáng)度與土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，濕篩團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑和＞0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量與侵蝕量和徑流強(qiáng)度相關(guān)程度最高［11］。綜合來看，現(xiàn)有耕作措施，凡是改變微地形(或小地形)，增加地面糙度，如橫坡耕作、橫坡溝壟耕作、區(qū)田、水平防沖溝等，或增加地面覆蓋度，如倒茬、間作、套種和混播等，以及改善土壤物理性狀，均可達(dá)到水土保持的目的［12］。同時(shí)免耕休閑可以有效減輕坡地水土流失、遏制坡地土壤質(zhì)量退化的態(tài)勢［13］，但當(dāng)土壤水分達(dá)到飽和后聚土免耕耕作制較常規(guī)種植方式的產(chǎn)沙強(qiáng)度差異較小［14］。

川西丘陵區(qū)降雨集中，地形破碎，土層薄，加之人類不合理利用土地的影響，水土流失嚴(yán)重。黃俊等［15］指出，土壤侵蝕率隨徑流系數(shù)呈冪函數(shù)增加趨勢，徑流中泥沙濃度隨徑流系數(shù)、降雨侵蝕力呈對數(shù)函數(shù)增加趨勢。土壤流失量隨降雨侵蝕力及次降雨徑流深均呈線性遞增趨勢。以往的相關(guān)研究多集中在川中丘陵區(qū)，對川西丘陵區(qū)不同坡度和耕作措施下產(chǎn)流產(chǎn)沙隨降雨等級的變化規(guī)律的定量研究較少，本研究基于浦江縣4年小區(qū)觀測數(shù)據(jù)和降雨記錄，對比分析10°和20°下順坡壟作和橫坡壟作對坡耕地產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響，以期為川西丘陵區(qū)沙壤土坡耕地的水土流失治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

朝陽水土保持試驗(yàn)點(diǎn)地處川西丘陵區(qū)的浦江縣，位于縣城南13 km處的朝陽水庫庫區(qū)內(nèi)，平均海拔為580 m。屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年降雨量1 200～1 700 mm，年均氣溫14～15℃。全縣年均侵蝕總量210萬t，平均侵蝕模數(shù)3 616 t/(km2·a)，為中度侵蝕區(qū)，其中坡耕地水土流失量較大。試驗(yàn)區(qū)設(shè)在三面環(huán)水的坡耕地上，土壤由白堊系灌口組泥巖粉砂巖風(fēng)化發(fā)育而成的沙壤土，土層厚度60～80 cm，因川西丘陵區(qū)處于岷江流域，河流縱橫，沙壤土分布較廣，具有一定的代表性和典型性。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)區(qū)布設(shè)

設(shè)置徑流小區(qū)4個(gè)，小區(qū)水平投影面積均為100 m2(長20 m，寬5 m)，上部和兩側(cè)邊緣均用石板漿砌成高0.25 m、寬0.07 m、埋深0.25 m的隔水墻，頂部為單面刀口形，小區(qū)下部邊緣為集流槽，直接與矩形集流池相通，并用水泥砂漿抹面，池壁設(shè)標(biāo)尺便于觀測水位，池底設(shè)半徑0.1 m圓形放水孔以便于清池。其中Ⅰ小區(qū)和Ⅲ小區(qū)坡度分別為20°和10°，均為順坡壟作，6溝7壟，溝深38 cm，溝寬20 cm，溝壟距83 cm;Ⅱ小區(qū)和Ⅳ小區(qū)坡度為20°和10°，均為橫坡壟作，24溝25壟，溝深、溝寬和溝壟距同上;種植模式均為小春休閑、大春玉米套種紅苕(壟上種植玉米，壟間種植紅苕)。種植密度和管理方式均按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)耕習(xí)慣進(jìn)行，至今仍在沿用。

2.2 降雨等級劃分和觀測方法

根據(jù)國家氣象局頒布的降雨等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，詳見表1。

觀測內(nèi)容包括降雨量、降雨歷時(shí)、降雨場次、徑流量和產(chǎn)沙量等。降雨采用虹吸式雨量計(jì)進(jìn)行觀測，每次降雨過程結(jié)束后，記錄各小區(qū)集流池內(nèi)水位，計(jì)算出次降雨產(chǎn)生的徑流量，并計(jì)算出徑流深和徑流系數(shù)。將截流池中水?dāng)嚢杈鶆?，在池的不同位置量取渾濁水?～5瓶，過濾、烘干、稱量，結(jié)合徑流量推算出懸濁水中泥沙干質(zhì)量;然后放水并測得淤泥體積，定量量取淤泥樣品，烘干稱量推算出淤泥中泥沙干質(zhì)量，最后核算出土壤侵蝕總量，結(jié)合徑流量計(jì)算出含沙量(g/L)。采用浦江縣朝陽水土保持試驗(yàn)觀測站1984—1987年的試驗(yàn)觀測數(shù)據(jù)，利用SPSS 20.0進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 降雨及侵蝕性降雨特征分析

降雨是水土流失的源動力，與坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙密切相關(guān)。由圖1可知，該區(qū)1984—1987年年平均降雨量為1 359 mm，5—9月的降雨最大，占年降雨量的79%;逐月降雨量呈單峰變化，峰值集中在7—8月，占總降雨量的45%。而降雨時(shí)間分布差異不明顯，大致呈雙峰結(jié)構(gòu)，峰值分別出現(xiàn)在3月和9月，平均降雨日數(shù)分別為14.3日和17.0日。4月至9月期間，降雨量差異較大，變化區(qū)間為［53.0，324.4］，而降雨時(shí)間變化幅度不大，變化區(qū)間為［13.3，17.0］，可見7月和8月的降雨強(qiáng)度最大，可能造成的水土流失最為嚴(yán)重。從10月至翌年3月，降雨量和降雨時(shí)間均呈谷狀分布，降雨量均低于66 mm，降雨時(shí)間也相應(yīng)減少，但最低值為12月的8.3日，和4—9月相比減少的幅度不大，說明10月至翌年3月期間，降雨強(qiáng)度較小，降雨可能以中小雨為主，水土流失現(xiàn)象不明顯。

表1 降雨等級劃分標(biāo)準(zhǔn)Tab．1 Classification of rainfall levels mm

圖1 降雨量和降雨時(shí)間年內(nèi)分布圖Fig．1 Distribution of rainfall and days of rainfall within the year

本文中的侵蝕性降雨指徑流小區(qū)中能明顯觀測到泥沙的次降雨。由圖2可知，1984—1987年期間，該區(qū)侵蝕性降雨共計(jì)36次，累計(jì)降雨量2 076 mm，包括大雨(12次)、暴雨(17次)、大暴雨(5次)、特大暴雨(2次)。且侵蝕性降雨主要發(fā)生在7—8月份，2個(gè)月累計(jì)侵蝕性降雨量為1 614 mm，約占總值的78%;侵蝕性降雨次數(shù)為26次，包括7次大雨、13次暴雨、4次大暴雨和2次特大暴雨，共占總次數(shù)的72%。說明該區(qū)小雨和中雨基本不形成侵蝕產(chǎn)沙，大雨和暴雨為侵蝕性降雨的主要表現(xiàn)，故針對大雨和暴雨的降雨特征，應(yīng)于7—8月加強(qiáng)相應(yīng)的水土保持措施布置。

圖2 累計(jì)侵蝕性降雨量和侵蝕性降雨次數(shù)月份分布圖Fig．2 Monthly distribution of cumulative erosive rainfall and erosive rainfall events

3.2 徑流系數(shù)和含沙量隨降雨等級的變化特征

徑流系數(shù)能夠表征降雨中轉(zhuǎn)化成徑流的比例。通過統(tǒng)計(jì)不同降雨等級多場次降雨的徑流系數(shù)均值可知，順坡壟作(Ⅰ小區(qū)和Ⅲ小區(qū))的徑流系數(shù)明顯高于橫坡壟作(Ⅱ小區(qū)和Ⅳ小區(qū))，徑流系數(shù)隨降雨等級的增加而增大，且順坡壟作小區(qū)增加的幅度較大(圖3)。說明順坡壟作能夠顯著增加降雨轉(zhuǎn)化為地表徑流的比率，隨著降雨等級的增加，轉(zhuǎn)化的比率呈增加趨勢。在橫坡壟作小區(qū)中，20°小區(qū)略高于10°小區(qū)，從大雨到大暴雨，徑流系數(shù)值分布于0.05～0.1之間，且呈緩慢增加趨勢;而從大暴雨到特大暴雨之間，徑流系數(shù)增加幅度較大，約增加了1倍多，分析說明特大暴雨下，耕作壟容易被沖毀，橫坡壟作的水土保持作用下降，降雨轉(zhuǎn)化為地表徑流的比率上升。順坡壟作作為川西丘陵區(qū)傳統(tǒng)的耕作措施，徑流系數(shù)為對應(yīng)橫坡壟作小區(qū)的1.33～3.81倍;倍數(shù)隨降雨等級呈先增加后減少變化，在暴雨下的倍數(shù)最大，特大暴雨下最小(圖3)。說明橫坡壟作對暴雨的攔截作用最為明顯，對特大暴雨的攔截作用不明顯，降雨等級較小時(shí)，降雨經(jīng)過植物截留、填洼、入滲等消耗后，轉(zhuǎn)化為地表徑流部分較小，這時(shí)橫壟和順壟之間的差異不大;隨著降雨歷時(shí)增加，地面逐漸產(chǎn)生積水，因橫壟對地表徑流有阻滯和蓄存作用，增加了地表雨水的下滲時(shí)間，和順壟相比對降雨量的消耗較大，故而在一般暴雨情況下，順壟和橫壟間徑流系數(shù)的差距最大;但隨著降雨強(qiáng)度和歷時(shí)繼續(xù)增加，順壟小區(qū)和橫壟小區(qū)均達(dá)到水分飽和，降雨轉(zhuǎn)化為地表徑流的比例趨于一致，故而特大暴雨時(shí)，順壟和橫壟之間徑流系數(shù)的差異較小。通過圖3和圖4可知，20°小區(qū)和對應(yīng)的10°小區(qū)之間徑流系數(shù)的比值在0.62～1.14之間，順坡壟作措施下，20°小區(qū)的徑流系數(shù)反而小于10°小區(qū)，這可能和土壤生物結(jié)皮有關(guān)，在玉米植株的遮陰下，沙質(zhì)土壤表層容易產(chǎn)生生物結(jié)皮，生物結(jié)皮能夠防止水分下滲，增加地表徑流，相對于10°小區(qū)，20°小區(qū)地表徑流速度較大，能夠破壞生物結(jié)皮的結(jié)構(gòu)，從而增加降雨的入滲量，故而降低了該小區(qū)的徑流系數(shù)，故而相比于耕作措施，坡度對徑流系數(shù)的作用不明顯。

圖3 不同降雨等級下徑流系數(shù)的變化特征Fig．3 Variation characteristics of runoff coefficient under different rainfall levels

含沙量指單位體積渾水中所含泥沙的干質(zhì)量，能夠表征徑流攜沙能力，在水土保持效益評價(jià)中常被引用。由圖4可知，含沙量隨降雨等級呈先增加后減少趨勢，在大暴雨時(shí)含沙量達(dá)到最大，且20°小區(qū)(Ⅰ小區(qū)和Ⅱ小區(qū))的含沙量大于對應(yīng)的10°小區(qū)(Ⅲ小區(qū)和Ⅳ小區(qū))。這和秦偉等［16］提出土壤侵蝕與雨量整體同步增大的結(jié)論不太一致，可能因?yàn)榍治g量盡管與雨量關(guān)系密切，但也和降雨頻次、歷時(shí)、降雨強(qiáng)度等密切相關(guān)。

圖4 不同降雨等級下含沙量的變化特征Fig．4 Variation characteristics of sediment concentration under different rainfall levels

在10°小區(qū)中，順坡壟作的含沙量均大于橫坡壟作，且在暴雨時(shí)差距最大，說明橫坡壟作在暴雨時(shí)的保土作用明顯;而在20°小區(qū)中，橫坡壟作和順坡壟作小區(qū)的含沙量隨降雨等級呈交替變化趨勢，在特大暴雨時(shí)趨于一致(圖4)。分析認(rèn)為，橫壟通過攔截和減緩地表徑流速度的方式降低徑流的攜沙能力，但在坡度陡、降雨強(qiáng)度大的情況下，雨水蓄滿壟溝時(shí)，徑流沿橫壟上側(cè)翻過并沖刷壟肩，產(chǎn)生層狀侵蝕，繼而產(chǎn)生細(xì)溝侵蝕，當(dāng)徑流能量集聚到一定程度，壟壁的薄弱部位就被沖垮，造成大量土壤流失，故而在大暴雨時(shí)，橫坡壟作反而增加水土流失量［17］。順壟作為傳統(tǒng)的耕作措施，隨著降雨等級增加，分散性的水流逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闀簳r(shí)性線狀水流，侵蝕方式也由片蝕轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)溝侵蝕，細(xì)溝侵蝕逐漸發(fā)展為溝蝕，隨著徑流的沖刷，地表容易形成深淺不一的切溝。

3.3 降雨等級對坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙量的影響

橫坡壟作和順坡壟作為川西坡耕地的主要耕作措施，評價(jià)其水土保持效應(yīng)有助于指導(dǎo)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作。由表2可知，4個(gè)小區(qū)的地表徑流深均隨大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨依次遞增，其中，Ⅲ小區(qū)的產(chǎn)流量最大，其次為Ⅰ小區(qū)、Ⅱ小區(qū)、Ⅳ小區(qū)。就Ⅲ小區(qū)分析可知，大雨的平均徑流深約為2.3 mm，而暴雨的徑流深增加到11.3 mm，約增加了4倍;大暴雨的徑流深約為23.4 mm，較暴雨約增加了1倍;特大暴雨的徑流深為45.8 mm，較大暴雨約增加1倍;其中大雨和暴雨之間沒有顯著性差異(P＞0.05)，而與大暴雨和特大暴雨之間差異顯著(P＜0.05);同時(shí)，Ⅲ小區(qū)在大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨的變異系數(shù)分別為1.1、1.0、0.6和0.2。Ⅰ小區(qū)和Ⅱ小區(qū)的徑流深從大雨、暴雨、大暴雨到特大暴雨，逐次分別增加約2倍，大雨和暴雨情況徑流深差異不顯著(P＞0.05)，變異系數(shù)約為1;而大暴雨和特大暴雨與前者差異顯著(P＜0.05)，變異系數(shù)分別約為0.7和0.05。Ⅳ小區(qū)的徑流深隨雨強(qiáng)逐次分別增加約1倍、2倍和3倍，而變異系數(shù)呈先增加后減少趨勢，變化區(qū)間為［0.3，1.5］，僅特大暴雨和其他降雨強(qiáng)度間的差異顯著(P＜0.05)。由此可知，隨著降雨等級的增加，地表徑流深明顯增加，而變異系數(shù)則逐漸減小，地表徑流和降雨緊密相關(guān)，當(dāng)降雨等級較小時(shí)，地表徑流深離散程度較大，隨著降雨等級的增加，地表徑流深的離散程度逐漸變小。這一方面和各降雨等級的降雨場次不同有關(guān)，大暴雨和特大暴雨分別為5次和2次，而大雨和暴雨分別達(dá)12次和17次，不同的降雨場次直接影響均值和標(biāo)準(zhǔn)差的值，進(jìn)而影響到變異系數(shù);另一方面，對于大雨和暴雨來說，其產(chǎn)生的地表徑流和土壤前期含水量關(guān)系較大，這也增加了產(chǎn)流的不確定性，故而大雨和暴雨情況下產(chǎn)流量的變異系數(shù)較大，大暴雨和特大暴雨在一定程度上削弱了土壤前期含水量的影響，故而產(chǎn)流量的變異系數(shù)反而較小。

表2 不同降雨等級下坡耕地產(chǎn)流特征Tab．2 Runoff characteristics of farmland under different rainfall levels mm

大雨和特大暴雨情況下，各小區(qū)間徑流深差異不顯著(P＞0.05)，暴雨和大暴雨情況下，10°小區(qū)間差異顯著(P＜0.05)，而20°小區(qū)間差異不顯著(P＞0.05)，分析說明大雨和特大暴雨時(shí)耕作措施和坡度對徑流量的影響不明顯，降雨為其主要控制因子。在暴雨和大暴雨時(shí)，坡度的影響較為明顯，同時(shí)耕作措施也起到一定的作用。在降雨等級相同情況下，順坡壟作小區(qū)(Ⅰ和Ⅲ)明顯大于橫坡壟作小區(qū)(Ⅱ和Ⅳ)，相同耕作措施不同坡度下小區(qū)間的差異不顯著(P＞0.05)。

對比評價(jià)橫坡壟作和順坡壟作的保土作用對當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。由表3可知，在各降雨等級下，順坡壟作小區(qū)(Ⅰ和Ⅲ)的產(chǎn)沙量均大于同坡度的橫坡壟作小區(qū)(Ⅱ和Ⅳ)，但均未達(dá)到顯著水平(P＞0.05)，同時(shí)變異系數(shù)約為1，均達(dá)到顯著變異程度，說明盡管雨強(qiáng)類型相同，但次降雨間的產(chǎn)沙量的差異較大，這和劉坤等［18］在紫色土的研究結(jié)論相吻合。4個(gè)小區(qū)的產(chǎn)沙量均隨大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨呈先增加后減少趨勢，且在大暴雨時(shí)達(dá)到最大。其中暴雨、特大暴雨和大雨之間沒有顯著性差異(P＞0.05)，而與大暴雨之間差異顯著(P＜0.05);Ⅱ小區(qū)和Ⅲ小區(qū)在大暴雨和特大暴雨間的差異不顯著(P＞0.05)。大雨時(shí)，各小區(qū)間的產(chǎn)沙量差距不明顯，均在2.0 kg左右;暴雨時(shí)，順坡壟作小區(qū)(Ⅰ和Ⅲ)間差異較小，但20°小區(qū)的變異系數(shù)明顯大于10°小區(qū)，說明20°小區(qū)的侵蝕產(chǎn)沙所受影響因素多，隨機(jī)性較大;橫坡壟作小區(qū)中，20°小區(qū)的產(chǎn)沙量約為10°小區(qū)的3倍，但差異不顯著，說明坡度能夠增加地表徑流的速度，從而增加水流沖刷能量，故侵蝕產(chǎn)沙量較大。大暴雨時(shí)，耕作措施和坡度均有明顯的水土保持作用，產(chǎn)沙量從大到小依次為Ⅰ小區(qū)(157.1 kg)、Ⅲ小區(qū)(120.3 kg)、Ⅱ小區(qū)(87.9 kg)和Ⅳ小區(qū)(67.9 kg)。順壟小區(qū)的產(chǎn)沙量約為相應(yīng)橫壟小區(qū)的2倍，而20°小區(qū)的產(chǎn)沙量約為相應(yīng)的10°小區(qū)的1.3倍，說明大暴雨時(shí)耕作措施較坡度的減沙效果更加明顯。特大暴雨時(shí)，Ⅲ小區(qū)產(chǎn)沙量最大為71.9 kg，其次為Ⅰ小區(qū)(53.1 kg)和Ⅱ小區(qū)(43.5 kg)，Ⅳ小區(qū)的產(chǎn)沙量最小，僅為11.1 kg;Ⅲ小區(qū)作為10°順坡壟作小區(qū)，產(chǎn)沙量明顯高于20°順坡壟作小區(qū)，這和常理相悖，坡度增加后產(chǎn)沙量反而減少，這可能因?yàn)槠露茸兇蠛?，徑流流速增大，極易形成細(xì)溝侵蝕，但該區(qū)土壤為沙質(zhì)土，土壤顆粒較大，較難被侵蝕。大暴雨時(shí)產(chǎn)沙量明顯大于特大暴雨，這和其他相關(guān)研究也存在較大差異，一方面和各降雨等級的降雨次數(shù)差異較大有關(guān)，特大暴雨僅為2次，這就增加了統(tǒng)計(jì)的不確定性;另一方面，當(dāng)降雨特別大時(shí)，在地表積累厚厚的雨水，從而減少后續(xù)降雨和徑流對土壤的擊濺和沖蝕作用，故產(chǎn)沙量反而較大暴雨時(shí)小。

表3 不同降雨等級下坡面產(chǎn)沙特征Tab．3 Characteristics of sediment yield under different rainfall levels kg

3.4 降雨量和降雨歷時(shí)與產(chǎn)流產(chǎn)沙的回歸分析

本研究基于各小區(qū)36次侵蝕性降雨的產(chǎn)流產(chǎn)沙資料，以產(chǎn)流和產(chǎn)沙量做為因變量，降雨量和降雨歷時(shí)做為自變量，回歸模擬了產(chǎn)流產(chǎn)沙和降水因子之間的關(guān)系。由表4可知，4個(gè)小區(qū)回歸方程的相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.72以上，說明方程能夠較好的模擬它們之間的關(guān)系。降雨歷時(shí)越長，降雨強(qiáng)度越小，降雨則主要轉(zhuǎn)化為入滲，地表徑流深就越小;反之，降雨歷時(shí)短時(shí)，往往伴隨著較大的降雨強(qiáng)度，能夠形成超滲產(chǎn)流，從而增加了地表徑流深。采用標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)，相比于降雨量，降雨歷時(shí)對徑流深的影響較小，說明降雨量是影響徑流深的主要因子，降雨量越大，能夠產(chǎn)生徑流的水量就越大，進(jìn)而產(chǎn)生的徑流量也就越大。通過建立回歸方程，能較準(zhǔn)確地預(yù)測未來降水變化下地表徑流的變化特征。

表4 各徑流小區(qū)徑流深與次降雨量和降雨歷時(shí)的回歸方程Tab．4 Regression equation between runoff depth of each runoff plot and individual rainfall and rainfall duration

結(jié)合非標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)2種方法回歸擬合了產(chǎn)沙量與降雨量和降雨歷時(shí)之間的關(guān)系，結(jié)果顯示，Ⅰ小區(qū)、Ⅱ小區(qū)和Ⅲ小區(qū)的產(chǎn)沙量與降雨量和降雨歷時(shí)之間均呈正相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)系數(shù)約為0.6，低于徑流深回歸方程的相關(guān)系數(shù)，說明坡面侵蝕產(chǎn)沙的影響機(jī)制較徑流復(fù)雜，除和降雨等動力指標(biāo)相關(guān)外，受土壤性質(zhì)、耕作措施、覆蓋措施等的影響也較大，但從相關(guān)系數(shù)來看，模擬效果仍較佳。但對于Ⅳ小區(qū)，相關(guān)系數(shù)僅為0.255，說明降雨量和降雨歷時(shí)不能較好的模擬產(chǎn)沙量的變化，這主要因?yàn)?0°橫坡壟作小區(qū)對徑流產(chǎn)沙的攔截作用較大，侵蝕產(chǎn)沙在降雨等級小時(shí)，產(chǎn)沙量極少，等降雨等級達(dá)到一定的程度時(shí)，產(chǎn)沙量就會呈非線性顯著增加，故而該方程的擬合效果較差(表5)。由此可知，采用降雨量和降雨歷時(shí)擬合徑流深效果較好，能夠作為徑流預(yù)測模擬的依據(jù)，但模擬產(chǎn)沙量的效果欠佳，特別對于坡度較小，水土保持措施較完善的小區(qū)，模擬的誤差大，需要采用其他模擬方程進(jìn)行模擬。這和何楊洋等［19］在密云水庫石匣子流域坡耕地條件下的研究結(jié)論基本一致。

表5 不同耕作措施徑流小區(qū)產(chǎn)沙量與次降雨量和降雨歷時(shí)的回歸方程Tab．5 Regression equation of sediment yield and secondary rainfall and rainfall duration in runoff plots of different tillage measures

4 結(jié)論

發(fā)生頻次較高的侵蝕性降雨類型為大雨和暴雨，且7—8月的侵蝕性降雨量和降雨次數(shù)約占年值的78%和72%。故應(yīng)針對大雨和暴雨的降雨特征，于7—8月加強(qiáng)相應(yīng)的水土保持措施布置。相比于耕作措施，坡度對徑流系數(shù)的作用不明顯，而含沙量隨降雨等級呈先增加后減少趨勢，在大暴雨時(shí)含沙量達(dá)到最大，坡度的作用較明顯。隨著降雨等級增加，地表徑流明顯增加，而變異系數(shù)則逐漸減小。坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙強(qiáng)度與降雨強(qiáng)度呈正相關(guān)關(guān)系，降雨強(qiáng)度愈大，相應(yīng)的產(chǎn)流、產(chǎn)沙強(qiáng)度也就愈大;在相同坡度和降雨強(qiáng)度條件下，草地的產(chǎn)流、產(chǎn)沙強(qiáng)度小于裸地，與裸地相比，草地具有很好的削減地表降雨徑流和泥沙的作用［20］。

分析說明大雨和特大暴雨時(shí)耕作措施和坡度對徑流量的影響不明顯，降雨為其主要控制因子。而在暴雨和大暴雨時(shí)，坡度的影響較為明顯，同時(shí)耕作措施也起到一定的作用。采用降雨量和降雨歷時(shí)擬合徑流深效果較好，能夠做為徑流預(yù)測模擬的依據(jù)，但模擬產(chǎn)沙量的效果欠佳，特別對于坡度較小，耕作措施較完善的小區(qū)，模擬的誤差大，需要采用其他模擬方法進(jìn)行模擬。

［1］ 閆建梅，何丙輝，田太強(qiáng)．不同施肥與耕作對紫色土坡耕地土壤侵蝕及氮素流失的影響［J］．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，47(20):4027．YAN Jianmei，HE Binghui，TIAN Taiqiang．Effect of fertilizer levels and tillage methods on soil erosion and nutrient loss in purple soil area［J］．Scientia Agricultura Sinica，2014，47(20):4027．

［2］ 陳曉安，楊潔，鄭太輝，等．贛北第四紀(jì)紅壤坡耕地水土及氮磷流失特征［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31(17):162．CHEN Xiaoan，YANG Jie，ZHENG Taihui，et al．Sediment，runoff，nitrogen and phosphorus losses of sloping cropland of quaternary red soil in northern Jiangxi［J］．Transactions of the CSAE，2015，31(17):162．

［3］ 齊智娟，張忠學(xué)，楊愛崢．黑土坡耕地不同水土保持措施的土壤水蝕特征研究［J］．水土保持通報(bào)，2012，32(1):89．QI Zhijuan，ZHANG Zhongxue，YANG Aizheng．Characteristics of soil erosion by water under different soil and water conservation measures on sloping farmland of black soils［J］．Bulletin of Soil and Water Conservation，2012，32(1):89．

［4］ 謝頌華，曾建玲，楊潔，等．南方紅壤坡地不同耕作措施的水土保持效應(yīng)［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26(9):81．XIE Songhua，ZENGJianling，YANGJie，et al．Effects of different tillage measures on soil and water conservation in slope farmland of red soil in Southern China［J］．Transactions of the CSAE，2010，26(9):81．

［5］ 陳偉，魏永霞，王存國，等．不同水土保持技術(shù)模式的坡耕地產(chǎn)流、產(chǎn)沙特征［J］．水土保持學(xué)報(bào)，2011，25(6):27．CHEN Wei，WEI Yongxia，WANG Cunguo，et al．Characteristics of runoff and sediment yield on sloping farmland in different soil and water conservation technology modes［J］．Journal of Soil and Water Conservation，2011，25(6):27．

［6］ 李靜苑，蒲曉君，鄭江坤，等．整地與植被調(diào)整對紫色土區(qū)坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響［J］．水土保持學(xué)報(bào)，2015，29(3):81．LI Jingyuan，PU Xiaojun，ZHENG Jiangkun，et al．Effects of soil preparation and vegetation adjustment on slope runoff and sediment yield in purple soil region，Northeastern Sichuan ［J］．Journal of Soil and Water Conservation，2015，29(3):81．

［7］ 張翼夫，李洪文，何進(jìn)，等．玉米秸稈覆蓋對坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙過程的影響［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31(7):118．ZHANG Yifu，LI Hongwen，HE Jin，et al．Effects of maize strawmulching on runoff and sediment process of slope［J］．Transactions of the CSAE，2015，31(7):118．

［8］ 梁洪儒，余新曉，樊登星，等．礫石覆蓋對坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響［J］．水土保持學(xué)報(bào)，2014，28(3):57．LIANG Hongru，YU Xinxiao，F(xiàn)AN Dengxing，et al．Effect of gravel-sand mulchling on sloping runoff and sediment yield［J］．Journal of Soil and Water Conservation，2014，28(3):57．

［9］ 李建華，于興修，劉前進(jìn)，等．沂蒙山區(qū)不同植被模式下坡耕花生地壟間水土流失與磷素輸出［J］．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2012，23(12):3347．LI Jianhua，YU Xingxiu，LIU Qianjin，et al．Soil and water losses and phosphorus output at the places between ridges in sloping peanut land under different planting modes in Yimeng mountainous area of Shandong Province，East China［J］．Chinese Journal of Applied Ecology，2012，23(12):3347．

［10］魏霞，蘇輝東，李勛貴，等．玉米莖稈汁液對土壤的減水減沙效益及其機(jī)理［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31(21):142．WEI Xia，SU Huidong，LI Xungui，et al．Runoff and sediment reduction benefits of soil and water conservation and its mechanism of corn stalk juice［J］．Transactions of the CSAE，2015，31(21):142．

［11］閆峰陵，李朝霞，史志華，等．紅壤團(tuán)聚體特征與坡面侵蝕定量關(guān)系［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25(3):37．YAN Fengling，LI Zhaoxia，SHI Zhihua，et al．Quantitative relationship between aggregate characteristics of red soil and slope Erosion［J］．Transactions of the CSAE，2009，25(3):37．

［12］盧宗凡，蘇敏．水土保持耕作措施述評［J］．水土保持通報(bào)，1983，3(6):86．LU Zongfan，SU min．Review of soil and water conservation tillage measures［J］．Bulletin of Soil and Water Conservation，1983，3(6):86．

［13］李裕元，邵明安．土壤翻耕對坡地水分轉(zhuǎn)化與產(chǎn)流產(chǎn)沙特征的影響［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2003，19(1):46．LI Yuyuan，SHAOMingan．Impact of tillage on water transformation and runoff-sediment-yielding characteristics on slope land［J］．Transactions of the CSAE，2003，19(1):46．

［14］劉剛才，高美榮，林三益，等．紫色土兩種耕作制的產(chǎn)流產(chǎn)沙過程與水土流失觀測準(zhǔn)確性分析［J］．水土保持學(xué)報(bào)，2002，16(4):108．LIU Gangcai，GAOJiarong，LINSanyi，et al．Process characteristics of soil and water Loss under two tillagesystems and valuation of measurement for soil erosion［J］．Journal of Soil and Water Conservation，2002，16(4):108．

［15］黃俊，亢慶，金平偉，等．南方紅壤區(qū)坡面次降雨產(chǎn)流產(chǎn)沙特征［J］．中國水土保持科學(xué)，2016，15(4):23．HUANGJun，KANGQing，JINPingwei，et al．Characteristics of runoff and dissolved organic carbon loss in slope farmland with contour ridges during maize growth stages［J］．Science of Soil and Water Conservation，2016，15(4):23．

［16］秦偉，左長清，晏清洪，等．紅壤裸露坡地次降雨土壤侵蝕規(guī)律［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31(2):124．QIN Wei，ZUO Changqing，YAN Qinghong，et al．Regularity of individual rainfall soil erosion in bare slope land of red soil［J］．Transactions of the CSAE，2015，31(2):124．

［17］肖繼兵，孫占祥，蔣春光，等．遼西地區(qū)坡耕地壟膜溝種對土壤侵蝕和作物產(chǎn)量的影響［J］．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，4(20):3904．XIAO Jibing，SUN Zhanxiang，JIANG Chunguang，et al．Effect of technique of ridge film mulching and furrow seeding on soil erosion and crop yield on sloping farmland in Western Liaoning［J］．Scientia Agricultura Sinica，2016，4(20):3904．

［18］劉坤，陳治諫，廖曉勇．三峽庫區(qū)紫色土坡地不同耕作措施的水土保持效應(yīng)研究［J］．水土保持研究，2008，15(1):17．LIU Kun，CHEN Zhijian，LIAO Xiaoyong．Effect of soil and water conservation under different tillages on Purple soil slope land in the Three Gorges Reservoir Area［J］．Research of Soil and Water Conservation，2008，15(1):17．

［19］何楊洋，王曉燕，段淑懷．密云水庫上游流域次降雨坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙特征［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31(24):134．HE Yangyang，WANG Xiaoyan，DUAN Shuhuai．Characteristics of runoff and sediment during individual rainfall in upper area of Miyun Reservoir［J］．Transactions of the CSAE，2015，31(24):134．

［20］?？。w西寧，吳普特，等．典型黃土坡面天然草地產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律試驗(yàn)［J］．中國水土保持科學(xué)，2009，7(4):88．NIU Jun，ZHAO Xining，WU Pute，et al．Experimental study on the law of runoff and sediment generation in the natural grassland of the typical loess slope［J］．Science of Soil and Water Conservation，2009，7(4):88．